JP5119777B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口へ通じる液体流路の途中に設けられた圧力室、該圧力室の容積を変化させる圧電層、及び該圧電層に電気的に接続してこれに電圧を印加する給電電極とを備える液体吐出装置に関する。

従来、インクジェット式プリンタをその一例とする液体吐出装置として、流路ユニット内に形成された液体流路を通じ、その下流端に形成された吐出口からインク等の液体を被記録体へ向けて吐出させるように構成したものが知られている。より詳しくは、液体流路の途中に所定の容積を有する圧力室が、一部に開口を有するようにして形成され、該圧力室の開口を覆うようにして、印加電圧により変形可能な圧電層が設けられている。この圧電層は、所定電位に保持される共通電極（共通電極３４）と、印加電圧により共通電極とは異なる所定電位が付与される駆動電極（個別電極３５）とによって挟まれた構成となっている。更に、駆動電極に所定の電位を付与するための給電電極（ＦＰＣ５０のコンタクト５４）が、駆動電極に対して近接配置され、これらの駆動電極と給電電極とはハンダや導電性接着剤によって電気的に接続された構成となっている（特許文献１参照）。

外部電源から給電電極へ電力が供給されると、これに接続された駆動電極に電圧が印加され、所定電圧に保持された共通電極との間に電位差が生じる。その結果、圧電層の形状が変化すると共に圧力室の容積も変化し、圧力室内の液体が加圧され、液体流路を通じて吐出口から外部へ吐出されるようになっている。
特開２００４−１１４６０９号公報

ところで、上述したような構成の液体吐出装置の場合、駆動電極とハンダとの電気的接点（個別電極３５上のランド３６が形成された領域）は、圧電層の厚み方向に沿って見た場合に圧力室が占める領域の外側に設けられている。即ち、一般にハンダは硬化状態での柔軟性に乏しいため、駆動電極との電気的接点を前記領域内に設けると、電圧を印加したときに、圧電層において圧力室に対応する部分の形状変化が妨げられてしまう。すると、圧力室の容積を適切に変化させることが困難になるため、これを回避するために駆動電極から前記領域外へ配線を延設し、該配線とハンダとを前記領域外にて接続している。

しかしながらこのような構成にすると、上述したように１つの圧力室に対してこれが占める前記領域外へまで電気的接続用の配線を延設する必要があるため、例えばインクジェット式プリンタのように複数の圧力室を備える場合にその高集積化が困難となる。その結果、流路ユニットの更なる小型化や、写真などの印刷物における解像度の更なる向上という要望を実現するのが困難になってしまう。

そこで本発明は、流路ユニットの小型化や吐出液体により形成される画像の解像度の向上を実現しつつ、圧電層を適切に形状変化させることが可能となる液体吐出装置を提供することを目的とする。

本発明は上述したような事情に鑑みてなされたものであり、容積変化によって吐出口から液体を吐出させるべく前記吐出口へ通じる液体流路の途中に設けられた圧力室と、該圧力室の容積を変化させる圧電層と、該圧電層に電気的に接続してこれに電圧を印加する給電電極とを備え、前記圧電層は、印加電圧により変形可能であって一方の面が前記圧力室に対向するように設けられ、他方の面と前記給電電極との間が液状導電材により電気的に接続されており、更に前記圧電層の他方の面は、その厚み方向視で前記圧力室が占める領域内に前記液状導電材との電気的接点となる接点領域を有し、前記液状導電材は、前記圧電層が印加電圧により変形駆動するときに、該圧電層の変形を妨げない所定の流動性を有している。

このような構成とすることにより、電気的接続に液状導電材を用いるため、圧電層の前記領域における形状変化を妨げることなく該圧電層と給電電極とを電気的に接続することができる。またこれに加えて、圧電層と液状導電材との接点領域が、圧力室によって占められる領域内に位置するため、圧力室の高集積化をも実現することが可能であり、このような圧力室を途中に有する液体流路が多数設けられた流路ユニットの小型化や、吐出液体により形成される画像の解像度の向上を実現することができる。

また、前記圧電層の他方の面には前記接点領域と少なくとも一部が重複するようにして駆動電極が接合されており、前記圧電層と前記給電電極とは前記駆動電極を介して液状導電材により電気的に接続されていてもよい。このような構成とすることにより、液状導電材と圧電層とを低抵抗により接続することができる。

即ち、エアロゾルデポジション法（Aerosol Deposition method：AD法）などにより形
成される圧電層は、その表面形状が粗いため、圧電層と液状導電材とを直接的に接触させた場合、液状導電材の粘性によっては（即ち、粘性が比較的高いときには）十分な接触面積が確保できず、接点での抵抗が大きくなる可能性がある。これに対し、圧電層の面上に別途設けた駆動電極を介して圧電層と液状導電材とを接続した場合、駆動電極として比較的滑らかな表面形状を有するものを採用することにより、該駆動電極と液状導電材との接触面積を大きく確保でき、結果的に圧電層と液状導電材とを低抵抗により接続可能となる。なお、駆動電極としては、例えば導電性ペースト（銀−パラジゥム系ペーストのものなど）をスクリーン印刷して乾燥するという公知の方法より、圧電層の面上に形成したものを採用することができる。このようにして形成された駆動電極は、圧電層に対して十分に密着し、且つ外表面が比較的滑らかなものとなる。

また、前記圧電層における前記接点領域と前記給電電極との間には、前記液状導電材を収容する液密的な導電材収容空間が形成されていてもよい。このような構成とすることにより、液状導電材を前記収容空間内に封入することができる。

また、前記圧電層の他方の面上に設けられた第１絶縁層を更に備え、該第１絶縁層には、前記接点領域を露出させると共に前記導電材収容空間を構成する第１貫通孔が形成されていてもよい。このような構成とすることにより、圧電層の他方の面を接点領域を除いて電気的に絶縁することができると共に、接点領域に液状導電材が確実に接触するようにして、液状導電材を第１絶縁層の第１貫通孔内に収容することができる。

また、前記給電電極を有する配線基板を更に備え、該配線基板は、一方の面上に前記給電電極が設けられた基材と、該基材の前記一方の面上に前記給電電極と電気的に接続して設けられた配線と、前記基材上の前記配線を被覆する第２絶縁層とを有し、該第２絶縁層は、前記給電電極における前記接点領域との対向面を部分的に露出させる第２貫通孔を有し、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とが接合されることにより、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが連通して前記導電材収容空間が形成されていてもよい。

このような構成とすることにより、給電電極における接点領域との対向面のみを露出させてその他の配線等を電気的に絶縁することができると共に、給電電極における露出部分に液状導電材が確実に接触するように、液状導電材を第２絶縁層の第２貫通孔内に収容することができる。更に、このような第１貫通孔と第２貫通孔とによって、導電材収容空間を形成し、その中に液状導電材を封入することも可能である。

また、前記給電電極は、前記第１絶縁層が有する前記第１貫通孔の開口面よりも前記圧電層側へ突出したバンプを有していてもよい。このような構成とすることにより、バンプを液状導電材に没入させて、給電電極と液状導電材とを確実に接触させることができる。

また、前記バンプは、前記給電電極をプレスして形成したプレスバンプ、前記給電電極にハンダ付けにより形成したハンダバンプ、又はスパイラル接触子から成っていてもよい。このような構成とすることにより、プレスバンプやハンダバンプの場合にあってはバンプ形成を容易且つ安価に実現することができ、スパイラル接触子の場合にあっては液状導電材との接触をより確実なものとすることができる。

また、前記導電材収容空間は、前記液状導電材の収容容積の他に余剰容積を有していてもよい。このような構成とすることにより、液体吐出装置の使用時などに液状導電材が熱膨張した場合であっても、膨張により増加した体積分を導電材収容空間の余剰容積部分にて吸収することができる。

また、前記第１絶縁層が有する前記第１貫通孔の周辺近傍には、該第１貫通孔から漏れ出た前記液状導電材を収容可能な凹部が形成されていてもよい。このような構成とすることにより、第１絶縁層を介して圧電層と給電電極とを接合する際に、導電材収容空間を成す第１貫通孔から液状導電材が漏出した場合であっても、この漏出した液状導電材を凹部にて受け止めることにより、それ以上の液状導電材の拡散を防止することができる。

本発明に係る液体吐出装置によれば、圧電層においてその厚み方向視で圧力室が占める領域における形状変化を妨げることなく該圧電層と給電電極とを電気的に接続可能な液体吐出装置を実現することができる。また、圧力室の高集積化をも実現することが可能であり、このような圧力室を途中に有する液体流路が多数設けられた流路ユニットの小型化や、吐出液体により形成される画像の解像度の向上が可能な液体吐出装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る液体吐出装置とその製造方法とについて、インクジェット式プリンタを例にとって図面を参照しつつ具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る液体吐出装置１の模式的斜視図である。図１に示すように、インクジェット式プリンタである液体吐出装置１は、筐体２に架設されたガイドロッド３を有し、このガイドロッド３には、キャリッジ４がガイドロッド３に沿ってスライド可能に支持されている。キャリッジ４の下部には記録ヘッド５が設けられており、該記録ヘッド５は下方へ向けてインク（液体）を吐出可能に構成されている。

ガイドロッド３の両端部近傍にはプーリ７，７が配設されており、両プーリ７，７間にはタイミングベルト８が巻回されている。一方のプーリ７には正逆回転可能なモータ９の出力軸が接続されており、このモータ９の回転駆動により、タイミングベルト８は一方向及び他方向へ周回可能となっている。また、このタイミングベルト８には上記キャリッジ４が接続されており、タイミングベルト８が周回するのに伴って、キャリッジ４と共に記録ヘッド５がガイドロッド３に沿って一方向及び他方向へと往復移動する。

記録ヘッド５の下方は、被記録体を成す記録用紙１０の搬送経路となっており、ガイドロッド３に対して回転軸心が平行となるようにして筐体２に架設された紙送りローラ１１によって、該搬送経路に沿って記録用紙１０は記録ヘッド５の下方を搬送される。従って、記録用紙１０の上方に記録ヘッド５が位置しているときに、記録用紙１０を断続的に搬送させつつ記録ヘッド５を往復移動させ、且つこれらの動作中に記録ヘッド５からインクを吐出することにより、記録用紙１０上の所定の位置にインクを付着させて所望の画像を形成することができる。

なお、以下の説明において「走査方向」とは記録ヘッド５がガイドロッド３に沿って移動する方向といい、「搬送方向」とは記録ヘッド５の直下を記録用紙１０が搬送される方向をいうものとし、これらと異なる場合やその他の方向については、適宜そのときに説明を付すものとする。

図２は、記録ヘッド５を上方から見たときの模式的平面図であり、図３は、図２に示す記録ヘッド５の一部を拡大して示す模式的平面図であり、図４は、図３に示す記録ヘッド５をIV-IV線で切断したときの模式的断面図である。図２に示すように記録ヘッド５は、
後述する液体流路３０（図４参照）が内部に形成された流路ユニット１５と、その上面に接続されたアクチュエータ１６とから主に構成されている。流路ユニット１５の上部には、走査方向に長寸の長円形状を成す複数の圧力室孔２１ａが、搬送方向に並設されて１つの圧力室孔列１７を形成しており、このような圧力室孔列１７が走査方向に隣接して複数（図２では２つ）並設されている。また、アクチュエータ１６は、各圧力室孔１７に対応して設けられた供給電極４６を有するチップオンフィルム（COF: Chip on Film）１６ａ
と、この供給電極４６への電圧の印加によって変形する後述の圧電層２０などから構成された駆動層１６ｂとを有している（図４も参照）。

［記録ヘッド］
図３及び図４を用い、記録ヘッド５の構成について更に詳述する。まず、図４に示すように流路ユニット１５は、上方から順に圧力室プレート２１と接続流路プレート２２とマニホールドプレート２３とノズルプレート２４とが夫々積層接着された構成となっている。

圧力室プレート２１には、上述したような長円形状を成す圧力室孔２１ａ（図３も参照）が形成されており、圧力室プレート２１の下面に接続される接続流路プレート２２には、圧力室孔２１ａの一端に連通する液体流入孔２２ａと、圧力室孔２１ａの他端に連通する第１液体流出孔２２ｂとが形成されている。マニホールドプレート２３は、開口面積が比較的大きく搬送方向へ延びるマニホールド孔２３ａを有し（図２も参照）、該マニホールド孔２３ａは、１つの圧力室孔列１７（図２参照）を構成する全ての圧力室孔２１ａとの間で、各液体流入孔２２ａを通じて連通している。また、マニホールドプレート２３には、マニホールド孔２３ａとは別に第２液体流出孔２３ｂが形成されており、該第２液体流出孔２３ｂは第１液体流出孔２２ｂを通じて圧力室孔２１ａに連通している。更にノズルプレート２４は、第１液体流出孔２２ｂ及び第２液体流出孔２３ｂを通じて圧力室孔２１ａに連通するノズル孔２４ａを有し、該ノズル孔２４ａは、下方へ向かうに従って口径が小さくなるように形成されている。

このような各プレート２１〜２４が積層接着されると、上述したマニホールド孔２３ａが、ノズルプレート２４においてノズル孔２４ａ以外の部分により下方から閉鎖され、且つ接続流路プレート２２の液体流入孔２２ａ及び第１液体流出孔２２ｂ以外の部分によって部分的に上方から閉鎖されることにより、共通液室３１が形成されている。また、圧力室孔２１ａは、圧力室プレート２１に積層接着される金属製の振動板２５により上方から閉鎖され、且つ接続流路プレート２２の液体流入孔２２ａ及び第１液体流出孔２２ｂ以外の部分によって部分的に下方から閉鎖されることにより、圧力室３３を形成している。

更に、接続流路プレート２２が有する液体流入孔２２ａは、上記共通液室３１と圧力室３３との間を連通する液体流入路３２を成し、接続流路プレート２２とマニホールドプレート２３とが夫々有して互いに連通する第１液体流出孔２２ｂ及び第２液体流出孔２３ｂは、圧力室３３とノズル孔２４ａとの間を連通する液体流出路３４を成している。そして、共通液室３１、液体流入路３２、圧力室３３、液体流出路３４、及びノズル孔２４ａによって、インクが通流する一続きの液体流路３０が構成されている。

また、図２に示すように、２つの圧力室孔列１７に対応して設けられた２つの共通液室３１は互いに連通しており、これらの共通液室３１は、圧力室プレート２１及び接続流路プレート２２に形成された貫通孔３５を通じて、記録ヘッド５とは別個に設けられたインクタンク（図示せず）に連通している。従って、インクタンクからのインクは、貫通孔３５を通じて共通液室３１へ供給され、この共通液室３１からノズル孔２４ａへ至る液体流路３０内に充満される。そして、圧力室３３の上壁を成す振動板２５がアクチュエータ１６の駆動により振動すると、圧力室３３の容積が変化し、圧力室３３内のインクに圧力が付与されて該インクは液体流路３０の上流側へ圧送され、ノズル孔２４ａから外部へ噴射される。

［アクチュエータ］
次に、アクチュエータ１６について説明する。図４に示すようにアクチュエータ１６は、上層を成すチップオンフィルム１６ａと下層を成す駆動層１６ｂとから構成されており、このうち駆動層１６ｂは、圧電層２０と、これを挟む共通電極４０及び駆動電極４１と、圧電層２０の上面に積層された第１絶縁層４２とを有している。

駆動層１６ｂについてより詳説すると、共通電極４０は振動板２５の上面（流路ユニット１５に対向する面とは反対側の面）に積層されており、該共通電極４０の上面には圧電層２０が積層されている。この圧電層２０は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であって強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料から成っており、共通電極４０の上面にて複数の圧力室３３に跨って層状に形成されている。また、その形成方法としては公知の成膜技術を用いればよく、例えば、サブミクロンサイズの微粒子をガスと混合させてエアロゾル状にし、ノズルを通して吹き付けるＡＤ法を用いることができる。なお、振動板２５の上面にはアルミナ等から成る非導電層が成膜され、この非導電層の上面に共通電極４０が配設されているため、振動板２５と共通電極４０とは互いに電気的には絶縁された状態となっている。

駆動電極４１は圧電層２０の上面に配設されており、例えば銀−パラジウム系ペーストなどの導電性ペーストをスクリーン印刷することにより形成でき、圧電層２０の厚み方向視（即ち、平面視）で圧力室３３が占める領域、即ち圧力室領域３３ａ（図３及び図４参照）と重複するように設けられている。また、図３に示すように本実施の形態に係る駆動電極４１は、長円形状を成す圧力室領域３３ａの長手方向寸法及び幅方向寸法と夫々略同寸法の対角線を有する菱形を成し、圧力室領域３３ａからはみ出ないように（全てが収まるように）配設されている。なお、圧力室領域３３ａは上述したように平面視で圧力室３３が占める領域であるため、圧電層２０においてこの圧力室領域３３ａと重複する部分は、インクをノズル孔２４ａから吐出させるに際し、印加電圧によって大きく変形可能であることが好ましい。

第１絶縁層４２は、上記駆動電極４１を露出させる第１貫通孔４２ａを有して圧電層２０の上面に積層されている。この第１絶縁層４２は、ポリイミドなどの非導電材料によって駆動電極４１よりも厚み寸法が大きくなるように構成されており、駆動電極４１に対応して第１貫通孔４２ａが形成されている。図３に示すように、第１貫通孔４２ａは駆動電極４１と同様の菱形を成しており、この第１貫通孔４２ａを通じて駆動電極４１の上面が露出している。そして、第１貫通孔４２ａと駆動電極４１とによって構成される凹状のスペースには液状導電材５０が収容されている。

一方、アクチュエータ１６の上層を成すチップオンフィルム１６ａは、金属板から成る押さえ板４４を有し、該押さえ板４４の下面にはポリイミドから成るＴＡＢシート４５が設けられている。また、ＴＡＢシート４５の下面には、各圧力室３３に対応して複数設けられた給電電極４６と、該給電電極４６を部分的に露出させる第２貫通孔４７ａを有する第２絶縁層４７とが設けられている。第２絶縁層４７はレジストから成る。なお、第２絶縁層４７がポリイミドからなり、ＴＡＢシート４５がレジストからなるように構成することもできる。

各給電電極４６は、チップオンフィルム１６ａが駆動層１６ｂに接合されたときに、駆動層１６ｂが有する駆動電極４１と対向するように配設されており、図５の底面図に示されるように、円盤形状を成す電極部４６ａと、該電極部４６ａから外方へ延びる配線接続部４６ｂとから構成されている。電極部４６ａの中央部分には、プレス成形によって下方へ突出するバンプ４６ｃが形成されており（図４参照）、配線接続部４６ｂには、チップオンフィルム１６ａが有するドライバＩＣ（図示せず）との間を接続する配線４６ｄの一端が接続されている。

また、図５に示すように、第２絶縁層４７の第２貫通孔４７ａは円形の開口を有し、各給電電極４６に対応して設けられている。そして第２絶縁層４７は、この第２貫通孔４７ａを通じて、給電電極４６が有する電極部４６ａのバンプ４６ｃを含む中央部分のみを露出させ、給電電極４６のその他の部分と、配線４６ｄが敷設されたＴＡＢシート４５の下面とを被覆している。

図４に示すように、アクチュエータ１６は、上述したような駆動層１６ｂに対してチップオンフィルム１６ａが、第１絶縁層４２の上面と第２絶縁層４７の下面とが接着剤４８によって接着されることにより接合されている。これにより、第１貫通孔４２ａ、第２貫通孔４７ａ、圧電層２０（又は駆動電極４１）、及び給電電極４６によって液密的な導電材収容空間５１が形成され、その中に液状導電材５０が封入される。また、この導電材収容空間５１は、液状導電材５０の容積以外に余剰容積を有している。即ち、導電材収容空間５１においてバンプ４６ｃの周縁部近傍に、液状導電材５０の存在しない余剰空間５１ａが形成されている。

なお、上述した説明では第１絶縁層４２及び第２絶縁層４７と接着剤４８とを別個独立した構成としているが、第１絶縁層４２又は第２絶縁層４７自体が表層に接着性を有する材料から成るものであれば、別個独立した接着剤４８は不要である。

更に、駆動層１６ｂにチップオンフィルム１６ａが接合されることにより、給電電極４６のバンプ４６ｃは、給電電極４６に対向配置されると共に、第１絶縁層４２の開口面４２ｂ（図４参照）より下方へ突出して液状導電材５０内へ没入する。その結果、駆動電極４１と給電電極４６とは、液状導電材５０を介して電気的に接続された状態となっている。

［アクチュエータの製造方法］
図６及び図７を用い、上述したアクチュエータ１６の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、この製造方法の第１工程〜第４工程では流路ユニット１５の上部に駆動層１６ｂが形成され、図７（ａ）〜（ｃ）に示す第５工程〜第７工程ではチップオンフィルム１６ａが形成され、そして図７（ｄ）に示す第８工程で最終的にアクチュエータ１６が形成される。

まず第１工程では、流路ユニット１５の上部に設けられた振動板２５の上面に共通電極４０を積層し、更に該共通電極４０の上面に圧電層２０を積層する。続く第２工程では、圧電層２０の上面に駆動電極４１を配設する（図６（ａ）参照）。これにより、圧電層２０の下面（圧力室３３に対向する面）には共通電極４０が接合され、上面には駆動電極４１が接合される。また、駆動電極４１を圧電層２０に接合するに際しては、圧力室３３の位置に対応するように（より詳しくは、重複するように）して駆動電極４１を設ける。

第３工程では、圧電層２０の上面に第１貫通孔４２ａを有する第１絶縁層４２を積層する（図６（ｃ）参照）。この際、駆動電極４１が第１貫通孔４２ａを通じて露出するようにし、その結果、平面視して圧力室領域３３ａと駆動電極４１と第１貫通孔４２ａとが重複するようにする。なお、第１絶縁層４２はフォトリソグラフィやスクリーン印刷によって形成することができ、前者にあっては塗布された感光物質の表面を部分的にマスクし、露光することによって上述したような形状の第１貫通孔４２ａを形成することができる。また、微細な第１貫通孔４２ａを形成するという観点からは、フォトリソグラフィの方がスクリーン印刷を用いるよりも好ましい。

そして第４工程では、第１貫通孔４２ａ内に液状導電材５０が注入され（図６（ｄ）参照）、圧電層２０と液状導電材５０とが駆動電極４１を介して電気的に接触される。ここで、圧電層２０と液状導電材５０との電気的な接点領域２０ａ（本実施の形態では駆動電極４１と圧電層２０とが接合された領域と等しい）は圧力室領域３３ａ内に位置している。また、注入される液状導電材５０はごく微少量であるが、一例として、毛細管現象によって極細のガラス管内に液状導電材５０を吸い上げ、このガラス管の先端を第１貫通孔４２ａ内の駆動電極４１の上面に接近させて転載する公知の手法により、その注入は可能である。

一方、第５工程では、予め配線されたＴＡＢシート４５の下面に、図５に示したような給電電極４６を接着し（図７（ａ）参照）、該給電電極４６と配線とを接続する。次の第６工程では、給電電極４６の中央部分に第２貫通孔４７ａが位置するように、ＴＡＢシート４５の下面に第２絶縁層４７を積層する（図７（ｂ）参照）。第２貫通孔４７ａは、エッチングやレーザ加工によって形成される。これにより、給電電極４６の中央部分は第２貫通孔４７ａを通じて露出すると共に、その他の部分は第２絶縁層４７によって被覆され、給電電極４６に接続された配線４６ｄも被覆される。なお、第２絶縁層４７も第１絶縁層４２と同様に、フォトリソグラフィやスクリーン印刷によって形成することができる。

更に第７工程では、第２貫通孔４７ａを通じて露出した給電電極４６の中央部分に、プレス成形によって下方へ突出するバンプ４６ｃを形成し、続いてＴＡＢシート４５の上面に金属板から成る押さえ板４４を接合する（図７（ｃ）参照）。なお、上記バンプ４６ｃは、第２絶縁層４７の下面よりも下方へ突出する寸法、換言すれば、第２貫通孔４７ａの下部開口面よりも下方へ突出する寸法に形成する。

最後に、上述したようにして形成されたチップオンフィルム１６ａを、第４工程までで形成された駆動層１６ｂに接合する（図７（ｄ）参照）。即ち、駆動層１６ｂが有する第１絶縁層４２の上面とチップオンフィルム１６ａが有する第２絶縁層４７の下面とを接着剤４８を介して接続することにより、駆動層１６ｂにチップオンフィルム１６ａを接合し、アクチュエータ１６が製造される。

この接合に際しては、チップオンフィルム１６ａが有するバンプ４６ｃが、圧電層２０と液状導電材５０との接点領域２０ａに対向し、且つ、第１貫通孔４２ａと第２貫通孔４７ａとが互いに連通して、第１貫通孔４２ａ、第２貫通孔４７ａ、圧電層２０（又は駆動電極４１）、及び給電電極４６によって形成される液密的な導電材収容空間５１に液状導電材５０が封入されるようにする。これにより、アクチュエータ１６を平面視したときに、給電電極４６のバンプ４６ｃと駆動電極４１と接点領域２０ａとから成る電位供給部５５（図７（ｄ）参照）が、何れも圧力室領域３３ａ内に位置することとなり、この状態で給電電極４６と駆動電極４１とが液状導電材５０によって電気的に接続される。

このように形成されたアクチュエータ１６を有する記録ヘッド５は、配線４６ｄ（図５参照）を通じて給電電極４６に電圧が印加されると、液状導電材５０を介して給電電極４６と接続された駆動電極４１は、共通電極４０とは異なる電位とされる。これにより駆動電極４１と共通電極４０と間に生じる電界に起因して、両者に挟まれた圧電層２０の形状が変化すると共に振動板２５の形状も変化する。その結果、圧力室３３の容積が変化して、圧力室３３内のインクが液体流路３０を通じてノズル孔２４ａから外部へ吐出される。

以上に説明した液体吐出装置１によれば、平面視したときに電位供給部５５が圧力室領域３３ａ内に位置するため、電位供給部５５の平面視形状のコンパクト化が図れ、この電位供給部５５と対応する圧力室３３との高集積化が可能である。また、圧力室３３の高集積化に伴って、記録ヘッド５の小型化や、吐出液体によって形成される画像の解像度を向上することも可能である。

これに加え、給電電極４６と駆動電極４１とが液状導電材５０によって接続されているため、圧電層２０と液状導電材５０との接点領域２０ａが圧力室領域３３ａ内に位置しているにも拘らず、この圧力室領域３３ａと重複する圧電層２０の部分が印加電圧によって形状変化するのを妨げることがない。従って、圧電層２０のこの重複部分は大きく変形可能となるため、ノズル孔２４ａからインクを吐出させるに際し、圧電層２０の変形度合いを制御しやすく、また変形時に圧電層２０へ印加する電圧の低減を図ることができる。

また、導電材収容空間５１には液状導電材５０が占める容積以外に余剰空間５１ａ（図４参照）が存在するため、記録ヘッド５の駆動時などに生じる熱によって液状導電材５０が膨張したとしても、その膨張容積分を余剰空間５１ａにて収容することができ、導電材収容空間５１から液状導電材５０が漏れ出るのを防止することができる。

更に、本実施の形態に係るアクチュエータ１６は、駆動電極４１を介して液状導電材５０と圧電層２０とを接続しているため、その間の電気抵抗の低減を図ることができる。即ち、駆動電極４１として比較的滑らかな表面形状のものを採用することにより、該駆動電極４１と液状導電材５０との接触面積を大きく確保できる。従って、一般に表面形状の粗い圧電層２０と液状導電材５０とを直接的に接触させるよりも、圧電層２０と液状導電材５０との間を低抵抗により接続することが可能である。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る液体吐出装置１が備えるアクチュエータ６０の構成を示す部分断面図である。このアクチュエータ６０は、圧電層２０の上面に駆動電極４１が設けられておらず、導電材収容空間５１に封入された液状導電材５０は圧電層２０の上面と直接的に接続されている。そして、液状導電材５０と圧電層２０との接点領域６０ａ（本実施の形態では、第１貫通孔４２ａの下部開口領域と同じ）は、圧力室領域３３ａ内に位置している。なお、アクチュエータ６０が有するその他の構成については、実施の形態１にて説明したアクチュエータ１６が備える構成と同様であるため、対応する構成に同符号を付すことによりその説明は省略する。

また、このようなアクチュエータ６０の製造方法は、実施の形態１にて説明したアクチュエータ１６の製造方法において、図６（ｂ）に示す第２工程（駆動電極４１を配設する工程）を省略し、第１工程と第３工程〜第８工程によって構成されるものと同様である。従って、その説明については実施の形態１における記載を参照するものとし、ここでの詳説は省略する。

このようなアクチュエータ６０を有する記録ヘッド５を搭載した液体吐出装置１においても、平面視したときに給電電極４６と接点領域６０ａとが圧力室領域３３ａ内に位置し（又は重複し）、その平面視形状のコンパクト化が図れるため、圧力室３３の高集積化及び記録ヘッド５の小型化を実現することができる。これに加え、給電電極４６と圧電層２０とが液状導電材５０によって接続されているため、圧力室領域３３ａ内に位置する圧電層２０が印加電圧によって形状変化するのを妨げることがない。更に、駆動電極４１を備えていないため、部品点数及び製造工数が削減され、コストの低減を図ることが可能である。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に係る液体吐出装置１が備えるアクチュエータ６５の構成を示す図面であり、（ａ）は部分断面図を示し、（ｂ）は第１絶縁層の平面図を示している。図９（ａ）に示すように、このアクチュエータ６５は、第２絶縁層４７が有する第２貫通孔４７ａの周縁部のうち、導電材収容空間５１へ臨む下側部分が、斜めに切り欠かれたテーパ部６５ａとなっている。従って、導電材収容空間５１の容積が大きくなっており、熱膨張時における液状導電材５０の容積増加分をより多く収容可能になっている。

また図９（ａ），（ｂ）に示すように、第１絶縁層４２において第１貫通孔４２ａの周辺近傍に、第２絶縁層４７と対向する面（上面）に開口する凹部６５ｂが形成されている。この凹部６５ｂは、図９（ｂ）に示すように、平面視で第１貫通孔４２ａを取り囲むように形成されている。従って、駆動層１６ｂにチップオンフィルム１６ａを接合する際に、バンプ４６ｃの没入によって液状導電材５０が第１貫通孔４２ａから溢れ出たとしても、溢れ出た分を凹部６５ｂにて収容し、それ以上外方へ漏洩するのを防止することができる。

更に、このようなアクチュエータ６５を有する記録ヘッド５を搭載した液体吐出装置１においても、実施の形態１，２において説明したものと同様に圧力室３３の高集積化及び記録ヘッド５の小型化が図れると共に、圧力室領域３３ａ内に位置する圧電層２０が印加電圧によって形状変化するのを妨げることがない。

なお、アクチュエータ６５が有するその他の構成については、実施の形態１にて説明したアクチュエータ１６が備える構成と同様であるため、対応する構成に同符号を付すことによりその説明は省略する。

（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係る液体吐出装置１が備えるアクチュエータ７０の構成を示す部分断面図である。図１０に示すようにこのアクチュエータ７０の場合、給電電極７１は、プレスすることによって形成した実施の形態１に係るバンプ４６ｃに換えて、ハンダ付けにより形成したハンダバンプ７２を有している。このような構成であっても、ハンダバンプ７２を液状導電材５０に没入させ、給電電極７１と駆動電極４１とを液状導電材５０を介して接続することができる。

更に、このようなアクチュエータ７０を有する記録ヘッド５を搭載した液体吐出装置１においても、実施の形態１〜３にて説明したものと同様に圧力室３３の高集積化及び記録ヘッド５の小型化が図れると共に、圧力室領域３３ａ内に位置する圧電層２０が印加電圧によって形状変化するのを妨げることがない。

なお、アクチュエータ７０が有するその他の構成については、実施の形態１にて説明したアクチュエータ１６が備える構成と同様であるため、対応する構成に同符号を付すことによりその説明は省略する。

（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係る液体吐出装置１が備えるアクチュエータ７５の構成を示す部分断面図である。図１１に示すようにこのアクチュエータ７５の場合、給電電極７６は、プレス成形した実施の形態１に係るバンプ４６ｃや実施の形態４に係るハンダバンプ７２に換えて、金属製のスパイラル接触子７７を有している。

図１２の底面図に示すようにこのスパイラル接触子７７は、金属端子７７ａが外周部から中心へ向かって螺旋状に巻回されて成り、更に図１１に示すように、中心へ向かって巻回されるに従って下方へ突出し、全体の外観を側面視すると逆三角形状となるように構成されている。そして、その下部が液状導電材５０に没入すると共に、下端部７７ｂは駆動電極４１と直接的に接触している。従って、このような構成とすることにより、給電電極７６と駆動電極４１とは液状導電材５０を介してより確実に接続され、且つスパイラル接触子７７は液状導電材５０との接触面積が大きいため、両者間の接続抵抗を低減することができる。

更に、このようなアクチュエータ７５を有する記録ヘッド５を搭載した液体吐出装置１においても、実施の形態１〜４にて説明したものと同様に圧力室３３の高集積化及び記録ヘッド５の小型化が図れると共に、圧力室領域３３ａ内に位置する圧電層２０が印加電圧によって形状変化するのを妨げることがない。

なお、アクチュエータ７５が有するその他の構成については、実施の形態１にて説明したアクチュエータ１６が備える構成と同様であるため、対応する構成に同符号を付すことによりその説明は省略する。

［液状導電材の種類］
ところで、上述した各アクチュエータ１６，６０，６５，７０，７５が備える液状導電材５０には、これらのアクチュエータ１６等の使用時に所定の流動性と所定の導電性を有する公知の材料を採用することができる。

例えば、水晶振動子の支持に用いられる導電性接着剤を液状導電材５０として用いることができる。このような導電性接着剤としては、エポキシ系樹脂又はポリイミド系樹脂、流動性確保の観点からより好ましくはシリコン系樹脂を母材（バインダーともいう）とし、この母材に金、銀、銅、ニッケル、アルミ、カーボン、グラファイトなどの金属粉から成る導電フィラーを練り込んだものがある。また市販製品としては、株式会社スリーボンド社製の3300シリーズのうち、液状タイプのものや、藤倉化成株式会社製のドータイトシリーズが利用しうる。

また、低融点のイオン液体を用いることも可能である。イオン液体は、蒸気圧がほぼゼロであって難燃性であり、粘性が低く導電性が高いという特徴を有し、イミダゾリウム系、ビリジニウム系、及び脂肪族系のものがある。イミダゾリウム系のイオン液体としては、関東化学株式会社製のAEImBr、AEImBF4、AEImTFSI、ABImBr、ABImBF4、ABImTFSI、AAImBr、AAImBF4、AAImTFSIなど（これらは正確には、1-アリル-3-アルキルイミダゾリウム系）が市販製品としてある。また、脂肪族系のイオン液体としては、同じく関東化学株式会社製のTMPA TFSI、PP13 TFSI、P13 TFSI、P14 TFSIなどがある。

その他、公知の導電性ポリマー（例えば、ティーエーケミカル株式会社製のBaytron PEDOTなど）や、常温で液体の金属であるガリンスタンなども利用しうる。

液状導電材５０として何れの材料を採用するかは、液体吐出装置１が使用されているときのアクチュエータ１６，６０，６５，７０，７５の温度範囲内での流動特性（換言すれば、硬化特性）の他、各材料自身の体積抵抗率（Ωｃｍ）や、液状導電材５０と接触する駆動電極４１及び給電電極４６，７１，７６との接触抵抗（ｍΩ）などを考慮して適宜決定すればよい。

なお、上述した実施の形態１〜５では、第１貫通孔４２ａ及び第２貫通孔４７ａとして菱形を成すものについて説明したが、これに限られず他の形状を採用することができる。また、第１貫通孔４２ａ及び第２貫通孔４７ａはその開口領域の全てが圧力室領域３３ａ内に存在する必要はなく、平面視で部分的に重複した構成であってもよい。同様に、駆動電極４１及び給電電極４６，７１，７６（特に、バンプ４６ｃ，ハンダバンプ７２，スパイラル接触子７７）についても、圧力室領域３３ａ内にのみ存在するような構成とする必要はなく、平面視で部分的に重複した構成であってもよい。

また、これらのバンプ４６ｃ，ハンダバンプ７２，スパイラル接触子７７は、その存在によって給電電極４６，７１，７６と液状導電材５０との接続を確実なものとするが、これ自体も必須ではなく、給電電極４６，７１，７６と駆動電極４１とが液状導電材５０を介して接続されるのであれば給電電極４６，７１，７６の下面は平坦な構成のものであってもよい。

更に、上述したアクチュエータ１６，６０，６５，７０，７５は何れも、いわゆるユニモルフ型であるが、バイモルフ型のものにも適用することができる。例えば、バイモルフ型アクチュエータを上記アクチュエータ１６，６０，６５，７０，７５に換えて配設した場合に、バイモルフ型アクチュエータが有する複数の電極のうち、圧力室３３側とは反対側の最端に位置する電極と給電電極との電気的接続に、上述した駆動電極４１と給電電極４６，７１，７６との接続形態を適用することができる。

本発明は、流路ユニットの小型化や吐出液体により形成される画像の解像度の向上を実現しつつ、圧電層を適切に形状変化させることが可能となる液体吐出装置と、該液体吐出装置の製造方法とに適用することができる。

本発明の実施形態１に係る液体吐出装置の模式的斜視図である。 図１に示す記録ヘッドを上方から見たときの模式的平面図である。 図２に示す記録ヘッドの一部を拡大して示す模式的平面図である。 図３に示す記録ヘッドをIV-IV線で切断したときの模式的断面図である。 給電電極の構成を示す底面図である。 アクチュエータの製造方法を示す図面であり、（ａ）〜（ｄ）は夫々第１工程〜第４工程を示している。 アクチュエータの製造方法を示す図面であり、（ａ）〜（ｄ）は夫々第５工程〜第８工程を示している。 実施の形態２に係る液体吐出装置が備えるアクチュエータの構成を示す部分断面図である。 実施の形態３に係る液体吐出装置が備えるアクチュエータの構成を示す図面であり、（ａ）は部分断面図を示し、（ｂ）は第１絶縁層の平面図を示している。 実施の形態４に係る液体吐出装置が備えるアクチュエータの構成を示す部分断面図である。 実施の形態５に係る液体吐出装置が備えるアクチュエータの構成を示す部分断面図である。 スパイラル接触子の構成を示す底面図である。

１ 液体吐出装置
５ 記録ヘッド
１５ 流路ユニット
１６，６０，６５，７０，７５ アクチュエータ
１６ａ チップオンフィルム
１６ｂ 駆動層
２０ 圧電層
２０ａ 接点領域
２１ａ 圧力室孔
２４ａ ノズル孔
３０ 液体流路
３３ 圧力室
３３ａ 圧力室領域
４０ 共通電極
４１ 駆動電極
４２ 第１絶縁層
４２ａ 第１貫通孔
４２ｂ 開口面
４６，７１，７６ 給電電極
４６ｃ バンプ
４７ 第２絶縁層
４７ａ 第２貫通孔
４８ 接着剤
５０ 液状導電材
５１ 収容空間
５１ａ 余剰空間
６０ａ 接点領域
７２ ハンダバンプ
７７ スパイラル接触子

Claims (9)

1. 容積変化によって吐出口から液体を吐出させるべく前記吐出口へ通じる液体流路の途中に設けられた圧力室と、該圧力室の容積を変化させる圧電層と、該圧電層に電気的に接続してこれに電圧を印加する給電電極とを備え、
   前記圧電層は、印加電圧により変形可能であって一方の面が前記圧力室に対向するように設けられ、他方の面と前記給電電極との間が液状導電材により電気的に接続されており、
   更に前記圧電層の他方の面は、その厚み方向視で前記圧力室が占める領域内に前記液状導電材との電気的接点となる接点領域を有し、
   前記液状導電材は、前記圧電層が印加電圧により変形駆動するときに、該圧電層の変形を妨げない所定の流動性を有することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記圧電層の他方の面には前記接点領域と少なくとも一部が重複するようにして駆動電極が接合されており、前記圧電層と前記給電電極とは前記駆動電極を介して液状導電材により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記圧電層における前記接点領域と前記給電電極との間には、前記液状導電材を収容する液密的な導電材収容空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
4. 前記圧電層の他方の面上に設けられた第１絶縁層を更に備え、該第１絶縁層には、前記接点領域を露出させると共に前記導電材収容空間を構成する第１貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記給電電極を有する配線基板を更に備え、
   該配線基板は、一方の面上に前記給電電極が設けられた基材と、該基材の前記一方の面上に前記給電電極と電気的に接続して設けられた配線と、前記基材上の前記配線を被覆する第２絶縁層とを有し、
   該第２絶縁層は、前記給電電極における前記接点領域との対向面を部分的に露出させる第２貫通孔を有し、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とが接合されることにより、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが連通して前記導電材収容空間が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記給電電極は、前記第１絶縁層が有する前記第１貫通孔の開口面よりも前記圧電層側へ突出したバンプを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出装置。
7. 前記バンプは、前記給電電極をプレスして形成したプレスバンプ、前記給電電極にハンダ付けにより形成したハンダバンプ、又はスパイラル接触子から成ることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 前記導電材収容空間は、前記液状導電材の収容容積の他に余剰容積を有していることを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の液体吐出装置。
9. 前記第１絶縁層が有する前記第１貫通孔の周辺近傍には、該第１貫通孔から漏れ出た前記液状導電材を収容可能な凹部が形成されていることを特徴とする請求項４乃至８の何れかに記載の液体吐出装置。
   

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